實作培訓：使用 Raspberry Pi 和 AWS IoT Core 建構物聯網 (IoT)培訓

模組 0：基礎知識與 AWS IoT 生態系統

• 物聯網介紹
  • 定義 2024 年的物聯網：超越「物體」（邊緣智慧、邊緣 AI/ML、資訊物理系統）。
  • 物聯網增長的驅動力（產業、用例）。
  • 關鍵物聯網趨勢（邊緣運算、永續性、AI/ML 整合、強化安全性）。
  • AWS IoT 在更廣泛的 AWS 生態系統中的角色（AWS 合作夥伴網路 - APN 資源）。
• AWS IoT 服務全景概覽
  • AWS IoT Core (MQTT/Bridge, Jobs, Device Defender)。
  • AWS IoT 裝置管理（裝置導入、配置管理、OTA 更新）。
  • AWS IoT 分析（數據處理、豐富、建模）。
  • AWS IoT Greengrass（邊緣運算、本地執行、安全連接）。
  • AWS IoT Button（針對簡單裝置的概念概覽）。
  • 連接： AWS IoT Core -> Lambda/DynamoDB/OpenSearch/Step Functions/SageMaker。

模組 1：物聯網架構、組件與安全性

• 物聯網架構
  • 裝置層（感測器、致動器、如 Raspberry Pi、ESP32 等邊緣裝置）。
  • 連接層 (MQTT, CoAP, HTTP, LPWAN - LoRaWAN, NB-IoT, Sigfox, Cellular IoT)。
  • 雲端整合層 (AWS IoT Core, API Gateway, Lambda, Step Functions)。
  • 數據處理與分析層 (DynamoDB, Timestream, OpenSearch, S3, Athena, SageMaker)。
  • 應用層（使用 AWS Amplify 的行動/網頁應用程式、自訂商業應用程式）。
  • 重要性：解釋分散式架構背後的原因（延遲、頻寬、運算能力、安全性）。
• 關鍵物聯網組件深入探討
  • 硬體：選擇標準（MCU、連接性、感測器）、安全要素（可信執行環境 - TEEs）。
  • 邊緣運算 (AWS Greengrass)：優勢（低延遲、減少雲端流量、本地決策）。
  • 裝置管理：導入 (Over-the-Air - OTA、預先配置)、配置、監控、遠端除錯。
  • 安全性深入探討：裝置身份、認證與授權 (X.509 憑證、JSON Web Tokens - JWTs)、數據加密（靜態與傳輸中）、AWS IoT Device Defender。
  • 安全性標準化：介紹標準（例如 IEEE P2145、Open Connectivity Foundation - OCF）及合規性 (ISO/IEC 27001, SOC 2)。
• 用於物聯網的 AWS 專屬 PaaS 功能
  • AWS IoT Core (安全 MQTT/Bridge、用於韌體更新的 Jobs、Device Defender)。
  • AWS Lambda（用於數據預處理、觸發動作的無伺服器運算）。
  • AWS Step Functions（用於複雜裝置互動的狀態化工作流程）。
  • Amazon DynamoDB（用於快速物聯網數據攝入的 NoSQL 資料庫）。
  • Amazon OpenSearch Service（搜尋與分析、時間序列數據處理）。
  • Amazon Timestream（專用的時間序列資料庫）。
  • Amazon S3（原始數據湖存儲）。
  • AWS IoT Device Defender（監控與安全評估）。
  • AWS IoT Wireless（連接遠端 LPWAN 裝置）。

模組 2：物聯網裝置通訊協定

• MQTT (MQTT v5 & WebSockets)
  • MQTT 5.0 功能 (Retain、Clean Session 標記、User Properties、通配符主題)。
  • 透過 WebSockets 使用 MQTT（標準化）。
  • 解釋服務品質 (QoS) 等級。
  • 協定最佳實務。
• 替代協定
  • CoAP (Constrained Application Protocol) 適用於受限裝置。
  • AMQP / 透過 AMQP 使用 MQTT（標準數據交換格式）。
  • HTTP（適用於較簡單、較不頻繁的更新）。
  • WebSockets（全雙工通訊）。

模組 3：使用 AWS 建構穩固的物聯網應用

• 裝置導入與安全連接
  • AWS IoT Device Defender 預先配置。
  • 安全的 Over-The-Air (OTA) 導入（例如使用 AWS IoT Button 概念）。
  • 管理裝置憑證 (ACM/PKI)。
  • 實施帶有 TLS 的 MQTT。
• 數據攝入、存儲與處理
  • 有效地將數據從裝置傳送至 AWS IoT Core。
  • 選擇正確的目標：Lambda（事件驅動）、Step Functions（編排）、Timestream（時間序列）、OpenSearch（搜尋與分析）、S3（原始數據）。
  • 在使用 AWS IoT Analytics 進行數據豐富和清理後再存儲。
  • 處理高吞吐量場景 (Kinesis/Firehose)。
• 裝置管理與運營
  • 使用 AWS IoT Device Management 進行車隊管理。
  • 實施和管理 OTA 更新（使用 AWS IoT Jobs）。
  • 遠端監控和配置。
• 建構物聯網後端
  • 使用 API Gateway 建立 REST/GraphQL API，以與裝置和數據互動。
  • 使用 AWS Lambda 處理業務邏輯。
  • 使用 AWS Step Functions 協調分散式組件。
  • 使用 Amazon SQS/SNS 進行非同步訊息傳遞和事件觸發。

模組 4：邊緣運算與進階整合

• AWS IoT Greengrass
  • 概念 (Core, Device, Connector)。
  • 在裝置上本地執行 Lambda 函式。
  • 直接在裝置上執行代碼 (C++, Python)。
  • Greengrass Core 與 AWS/IoT 裝置之間的安全通訊。
  • 用例：本地數據過濾、預處理或邊緣 AI 推理。
• 與 AI/ML 整合
  • 使用 SageMaker 在雲端運行複雜的 ML 模型。
  • 使用 Greengrass ML Accelerator (GMA) 在邊緣運行 ML 推理。
• 數據視覺化與使用者介面
  • 使用 AWS IoT SiteWise 進行工業數據視覺化。
  • 使用 AWS Amplify (API, UI, 認證) 建構網頁應用程式。
  • 使用 Amazon QuickSight 或 OpenSearch Dashboards 建構儀表板。

模組 5：安全性、治理與最佳實務

• 物聯網安全性生命週期
  • 安全設計原則（縱深防禦）。
  • 安全開發實務 (OWASP IoT Top 10)。
  • 弱點管理。
  • 物聯網威脅建模。
• 用於物聯網的 AWS 安全服務
  • AWS IoT Device Defender (服務與裝置 Defender)。
  • AWS Shield、AWS Identity and Access Management (IAM)。
  • 用於合規性檢查的 AWS Config。
  • 硬體安全模組 (HSMs) 整合。
• 數據隱私與治理
  • 處理敏感數據 (PII)。
  • 數據保留和刪除政策。
  • 合規性考量。

模組 6：實作專案與頂尖設計

• 引導式實作實驗室
  • 裝置導入與 MQTT 通訊。
  • 實施安全的數據攝入至 AWS。
  • 建構簡單的物聯網儀表板。
  • OTA 更新模擬。
  • AWS IoT Greengrass 入門。
• 頂尖設計專案
  • 建構一個解決真實世界問題的完整物聯網解決方案（例如：智慧家庭自動化、環境監測、工業感測器集線器）。
  • 需求：安全裝置、數據攝入、處理、視覺化，以及可選的邊緣組件。
  • 使用本課程涵蓋的 AWS 服務。